[论文解读] Retarded Gravitation Theory: the Gravitational Velocity Effect in Galactic Rotation Curves, and the Flyby Anomaly

C. K. Raju|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2011

Relativity and Gravitational Theory被引用 1

一句话总结

本文提出一种洛伦兹协变的延迟引力理论（RGT），其中引力取决于质量的延迟位置和速度，导致运动方程的时间不对称性。该理论将飞掠异常解释为地球自转引起的v/c效应，并将星系旋转曲线归因于共旋恒星引起的速度拖曳，为非牛顿动力学提供无需暗物质的解释。

ABSTRACT

We propose a Lorentz-covariant theory of gravity, and explain its theoretical origins in the problem of time in Newtonian physics. In this retarded gravitation theory (RGT), the gravitational force depends upon both retarded position and velocity, and the equations of motion are time-asymmetric retarded functional differential equations. We explicitly solve these equations, under simplifying assumptions, for various NASA spacecraft. This shows that the differences from Newtonian gravity, though tiny within the solar system, are just appropriate to explain the flyby anomaly as a v/c effect due to earth's rotation. The differences can, however, be large in the case of a spiral galaxy, and we show that the combined velocity drag from a large number of co-rotating stars enormously speeds up a test particle. Thus, the non-Newtonian behaviour of rotation curves in a spiral galaxy may be explained as being due to velocity drag rather than dark matter. RGT can also be tested in the laboratory. It necessitates a reappraisal of current laboratory methods of determining the Newtonian gravitational constant G. Since RGT makes no speculative assumptions, its refutation would have serious implications across physics.

研究动机与目标

• 通过发展一种相对论性、延迟的引力理论，解决牛顿引力中与时间问题相关的不一致性。
• 将行星飞掠过程中未解释的多普勒频移（飞掠异常）解释为地球自转速度调制引力作用的结果。
• 通过建模共旋恒星引起的速度拖曳力，解释螺旋星系的平坦旋转曲线，而无需引入暗物质。
• 挑战当前实验室测量G的方法，因为RGT表明这些方法可能测量的是速度依赖的引力效应，而非恒定的引力常数。
• 提供一种可检验的暗物质和标准引力的替代方案，基于已确立的物理原理，不依赖于推测性假设。

提出的方法

• 基于延迟势，构建一种洛伦兹协变的引力理论，其中引力作用依赖于源在延迟时刻的位置和速度。
• 推导包含延迟位置和速度效应的时间不对称功能微分方程，描述运动规律。
• 在简化假设下求解这些方程，以描述航天器轨迹，特别是地球旋转参考系附近的运动。
• 将螺旋星系中共旋恒星的集体引力影响建模为对测试粒子的速度拖曳力。
• 将RGT的预测与观测到的飞掠数据和星系旋转曲线进行比较，评估其一致性。
• 重新评估实验室中G的测量，提出这些测量可能对RGT所预测的速度依赖引力效应敏感，而牛顿模型未考虑此类修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 在延迟引力框架下，深空航天器的飞掠异常是否可由地球自转引起的速度依赖引力效应解释？
• RQ2 螺旋星系中，共旋恒星的总速度拖曳是否能产生足够加速度，以解释平坦旋转曲线而无需暗物质？
• RQ3 在弱场、慢速运动情形下，引力中引入延迟位置和速度如何改变运动方程，与牛顿引力相比？
• RQ4 当前实验室测量的引力常数G在多大程度上未能考虑RGT所预测的速度依赖引力效应？
• RQ5 时间不对称的延迟引力理论对基础物理有何影响，尤其考虑到其可能在天体物理模型中取代暗物质？

主要发现

• 飞掠异常可解释为地球自转引起的v/c效应，引力作用因传播速度有限而延迟。
• 在螺旋星系中，共旋恒星的累积速度拖曳产生净加速度，其行为与观测到的平坦旋转曲线一致。
• 该理论预测的偏离牛顿引力的效应在太阳系中可忽略，但在大尺度旋转系统中变得显著。
• 实验室中G的测量可能系统性地存在偏差，因其假设引力瞬时作用，而忽略了RGT中固有的速度依赖修正。
• 该理论具有可证伪性，若被证伪，将需要对引力和相对论的基础原理进行重大重新评估。
• RGT通过将星系动力学归因于延迟引力框架中集体速度效应，提供了一种一致且非推测性的暗物质替代方案。